二維CMOS風速計的控制和測量電路的研究.pdf

1、風速計在工農業(yè)生產、動植物生長以及人們的日常生活中都有非常重要的作用。隨著基于硅技術的集成電路(IC)工藝的發(fā)展，人們正在努力嘗試采用集成電路工藝來制作風速計，實現(xiàn)小體積，低功耗，高靈敏度且低成本的硅風速計。二維CMOS風速計就是利用成熟的CMOS工藝而實現(xiàn)了傳感器的低成本，同時能夠通過片上控制電路和信號測量電路與傳感器結構的集成而可能實現(xiàn)智能化的傳感器。本文針對傳感器的工作原理，詳細分析并設計了傳感器的控制電路和傳感器的信號檢測電路。

2、 本文采用的傳感器是本實驗室設計的用溫差型測量原理，采用某種控制，將傳感器表面加熱，使之高于環(huán)境一定溫度，加熱電阻上的電壓能反應風速，而通過測量八個方向上由于風速的影響而產生的電壓的變化可得到風向的信息。在控制電路設計中，針對傳感器的結構和性能要求進行了恒溫差控制電路的設計，在風速的測量范圍內，通過閉環(huán)控制保持芯片溫度高于環(huán)境溫度15℃～20℃。通過仿真該電路能夠控制芯片溫度高于環(huán)境溫度大約20℃，實現(xiàn)了設計的功能。 鑒

3、于本傳感器的結構，進行了信號測量電路的設計。測量電路是由一個兩級CMOS運放，由八個NMOS開關控制的一個3—8譯碼器以及源跟隨器和相應的偏置電路構成的，并具體對電路的各個部分進行了設計。整個電路用pspice進行仿真，仿真結果顯示運算放大器的輸入失調為1μV，開環(huán)增益為8000，共模輸入范圍為0.5V～4.6V，等效輸入噪聲為2.084E-08V1平方根Hz，滿足設計的指標要求。對電路進行了版圖的設計和驗證，設計的電路經過2μmP阱標